KR20150111888A - A railway vehicles turck equipped with the direct drive in carbon fiber fabric coupling - Google Patents

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김길동
이한민
이장무
김보경
박철민
조용현
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Abstract

The present invention provides a direct drive typed traction motor for a railway vehicle including a coupling comprised of a carbon fiber. The direct drive typed traction motor for a railway vehicle of the present invention comprises: a stator fixed in a carriage for railway vehicle; a rotor including a permanent magnet and combining with an axle; a frame covering the stator and the rotor; a housing combined with both ends of the frame; and a coupling reducing a vibration generated from the rail by combining with the axle, and having a carbon fiber as a material, so that a weight and initiative may be reduced, a response characteristic is improved, flux path structure is smoothly performed, and heat generation is increased. A stabilized combining structure of a frame structure and a coupling, and reduction in weight of the coupling is very important for preventing accidents and in a good cooling property of the traction motor. Accordingly, the total weight of the traction motor is reduced, and a response speed is improved by comprising the coupling material of the traction motor with the carbon fiber.

Description

탄소섬유로 구성된 커플링을 포함하는 직결구동방식 전동차용 대차{A railway vehicles turck equipped with the direct drive in carbon fiber fabric coupling}Field of the Invention [0001] The present invention relates to a direct-drive-type traction vehicle including a coupling made of carbon fibers,

본 발명은 전동차용 직결구동방식 견인전동기와 차축을 연결하는 커플링을 포함하는 전동차용 대차에 관한 것으로, 구체적으로는 레일로부터의 전달되는 진동을 저감시키는 커플링을 탄소섬유로 구성하여 견인전동기의 무게를 감소시켜서 차량의 가감속도를 향상시키는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 전동차용 대차에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a traction motor for a traction motor including a direct-drive traction motor for a train and a coupling for coupling the axle. More specifically, the present invention relates to a traction motor comprising a traction motor To a bogie for direct-drive-type electric trains including a coupling made of carbon fiber which improves the acceleration / deceleration of the vehicle by reducing the weight.

일반적으로 철도차량용 대차에 구비되는 견인전동기는 동력전달장치를 통해 바퀴의 구동축을 구동시키는 간접구동 방식의 견인전동기와, 바퀴의 구동축에 결합하여 구동축을 직접 구동시키는 직결구동 방식의 견인전동기로 분류된다.Generally, a traction motor provided in a railway vehicle carriage is classified into an indirect drive type traction motor that drives a drive shaft of a wheel through a power transmission device and a direct drive type traction motor that directly drives a drive shaft by being coupled to a drive shaft of a wheel .

이 경우, 철도차량용 직결구동 방식의 견인전동기는 대차에 설치되어 바퀴의 구동축을 구동시키는 전동기로서, 도 1에 도시된 바와 같이 대차에 고정되는 고정자와, 차축에 끼워지는 직결구동 견인전동기의 영구자석을 포함한 회전자와, 직결구동 견인전동기의 회전자 및 샤프트와 일체화된 차륜, 차륜과 결합되어 레일로부터의 전달되는 진동을 저감시키는 커플링, 베어링 및 견인전동기가 취부되는 대차로 구성되어 회전자의 외주면에 영구 자석을 매설하고, 고정자의 내주면에 코일을 배치한 구조를 구비한다.In this case, a direct-drive-type traction motor for a railway car is a motor that is installed in a truck and drives a drive shaft of a wheel. The stator is fixed to a truck as shown in Fig. 1, and a permanent magnet A coupling integrated with a wheel and a wheel integrated with the shaft of the direct drive traction motor, a coupling for reducing the vibration transmitted from the rail, a bearing, and a carriage on which the traction motor is mounted, And a structure in which a permanent magnet is embedded in an outer peripheral surface and a coil is arranged in an inner peripheral surface of the stator.

이러한 직결구동방식 견인전동기는 견인전동기의 회전속도를 변속하여 차축에 전달하는 기어가 없고, 직접 구동하기 때문에 전동기를 차축에 일체화시킴으로써 감속장치가 필요 없어 감속기의 손실과 소음저감 등의 장점을 가지고 있지만, 이를 구성하는 직결구동방식의 견인전동기의 회전력(Torque)은 기존 유도전동기의 7배 정도가 필요하며 따라서 회전자의 구조상 축(Shaft)에 걸리는 토오크는 다른 여타 전동기 보다 크다.Since the direct-drive-type traction motor does not have a gear that transmits the rotation speed of the traction motor to the axle but directly drives the motor, the motor is integrated with the axle so that the deceleration device is unnecessary, , The torque of the direct-drive-type traction motor constituting the induction motor needs about 7 times as much as that of the conventional induction motor. Therefore, the torque applied to the shaft of the induction motor is larger than that of the other motors.

따라서 높은 토오크의 압력을 견디고 저진동, 저소음인 것을 추가로 요하고 있다. 또한 고속 회전으로 인한 발열 및 고정자의 권선에서 발생하는 발열을 효율적으로 제거 할 수 있어야 한다. 이 경우 상기한 요구조건을 만족하기 위한 재료 및 구조의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.Therefore, it is necessary to endure the high torque pressure, and to have low vibration and low noise. Also, it is necessary to efficiently remove the heat generated by the high-speed rotation and the heat generated from the stator winding. In this case, research and development of materials and structures for satisfying the above requirements have been actively conducted.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 직결구동방식 전동차용 대차에 구비되는 견인전동기의 커플링의 무게를 경량화 하여 견인전동기의 무게를 감소시킴으로 차량의 가감속도 향상을 기대 할 수 있는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 전동차용 대차를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the weight of a coupling motor of a traction motor provided on a bogie for direct drive type electric traction vehicle to reduce the weight of the traction motor, The present invention provides a bogie for direct-drive-type electric vehicles including a coupling made of carbon fibers.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 대차에 고정되는 고정자(200)와 영구자석(120)을 포함하고 차축(10)과 결합되는 회전자(100)와 상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸는 프레임(400)과 상기 프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300)으로 구성된 직결구동방식 견인전동기; 상기 차축(10)과 결합되어 레일로부터 오는 진동을 감소시키고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 커플링(500); 차축 및 차륜을 포함하여 구성되는 전동차용 대차에 있어서, 상기 직결구동방식 견인전동기의 회전자는, 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되며, 상기 로터코어(110)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성되며, 상기 영구자석은 로터코어(110)의 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(111)에 삽입되며, 상기 로터코어(110)의 중심부에 형성된 중공에 차축(10)이 결합되고; 상기 커플링(500)은 고속 회전시의 떨림이나 잦은 충격에도 내구성이 유지되고, 공기의 유종에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제하기 위해 열전도율이 높은 합성수지(Resin)를 도포한 후 가열이나 자외선조사로 후처리하여 외곽을 덮으며, 상기 합성수지는 상기 영구자석(120)의 누설 자속의 방지를 위해 자성체인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a stator including a stator and a permanent magnet fixed to the stator, 100, and a housing (300) coupled at both ends of the frame (400); (500) made of carbon fiber material so as to be combined with the axle (10) to reduce vibration from the rail and to reduce weight, reduce initialization, improve response characteristics, smooth flux path structure, ; A rotor for a traction motor including an axle and a wheel, wherein the rotor of the direct drive type traction motor includes: a rotor core (110) having a predetermined annular thickness and is fixedly formed by being interlocked with the rotor core The permanent magnet is inserted into the magnet hole 111 formed in the outer circumferential surface of the rotor core 110, and the permanent magnet is inserted into the magnet hole 111 formed inside the outer circumferential surface of the rotor core 110 An axle 10 coupled to the hollow formed at the center of the rotor core 110; The coupling 500 maintains durability against vibration and frequent shocks during high-speed rotation, and is coated with resin having high thermal conductivity to prevent generation of spatial harmonics generated from air species and to suppress noise generation. Or the ultraviolet ray irradiation to cover the outer surface of the permanent magnet 120. The synthetic resin includes carbon powder as a magnetic material for preventing leakage flux of the permanent magnet 120. [

본 발명의 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 전동차용 대차에 의하면, 프레임의 구조와 커플링과의 안정된 결합 형태 구조 및 경량화는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요하고, 이와 관련되어 견인전동기의 커플링의 재료를 탄소섬유로 구성하여 견인전동기 전체의 중량을 감소시키고 또한 응답속도가 개선되는 효과가 있다.According to the bogie for the direct drive type electric rail vehicle including the coupling made of the carbon fiber of the present invention, the structure of the frame and the stable coupling structure of the coupling and the weight reduction are very important in prevention of safety accidents and cooling characteristics of the traction motor. The material of the coupling of the traction motor is made of carbon fiber to reduce the overall weight of the traction motor and improve the response speed.

도 1은 직결구동방식 견인전동기를 구비한 대차의 개략도
도 2는 직결구동방식 견인전동기의 회전자의 단면사시도.
도 3은 직결구동방식 견인전동기의 회전자의 분해 사시도
도 4는 직결구동방식 견인전동기의 고정자의 사시도.
도 5는 직결구동방식 견인전동기의 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 커플링의 사시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a truck with direct-
2 is a cross-sectional perspective view of a rotor of a direct drive traction motor;
3 is an exploded perspective view of a rotor of a direct drive type traction motor.
4 is a perspective view of a stator of a direct drive type traction motor.
5 is a perspective view of a direct drive type traction motor.
6 is a perspective view of a coupling according to the present invention;

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Further, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

직결구동방식 전동차용 대차는 대차에 고정되는 고정자와 영구자석을 포함하고 차축에 끼워지는 회전자로 구성된 직결구동방식 견인전동기와, 직결구동방식 견인전동기의 회전자 및 샤프트와 일체화된 차축 및 차륜, 베어링, 견인전동기의 회전자와 차축을 연결하는 커플링으로 구성된다.Direct drive system A bogie for a railway vehicle is composed of a direct drive type traction motor consisting of a stator fixed to a bogie, a permanent magnet and a rotor fitted to the axle, an axle and wheels integrated with the rotor and shaft of the direct drive traction motor, A bearing, and a coupling that connects the rotor of the traction motor to the axle.

이 경우 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전자(100)는 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성된다.In this case, as shown in FIGS. 2 and 3, the rotor 100 is formed by fixing a single rotor core 110 having an annular shape and having a predetermined thickness.

상기 로터코어(110)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성되어 있다.In the rotor core 110, a magnet hole 111 through which a permanent magnet can be inserted is formed at a predetermined depth along the outer circumferential surface.

이 경우 상기 로터코어(110)에는 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(111)으로 영구자석(120)이 삽입되어, 상기 영구자석(120)이 로터코어(110)의 내부에 위치하게 되어 이탈이 방지되고, 내구력을 높일 수 있게 되며, 아울러 상기 고정자에서 발생하는 열의 영향을 직접적으로 받지 않아 온도 상승에 의한 상기 영구자석(120)의 감자가능성이 적어지는 효과가 있다.In this case, the permanent magnet 120 is inserted into the magnet hole 111 formed in the outer circumferential surface of the rotor core 110, and the permanent magnet 120 is positioned inside the rotor core 110, In addition, it is possible to increase the durability of the permanent magnet 120, and the possibility of potentiating the permanent magnet 120 due to a rise in temperature can be reduced since it is not directly affected by the heat generated in the stator.

상기 로터코어(110)의 중심부에는 중공이 형성되어 차축(10)이 결합되고 상기 차축(10)과 함께 고정되어 회전된다.A hollow is formed in the center of the rotor core 110, and the axle 10 is engaged and fixed together with the axle 10 and rotated.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정자는 상기 회전자의 외부를 감싸고, 전류를 공급받아 자력을 발생하여 상기 영구자석(120)을 포함한 로터코어(110)로 이루어진 회전자(100)의 자력과 상호작용하여 전체적으로 상기 견인전동기에 토크를 전달 할 수 있게 되는 것이다.4, the stator surrounds the outside of the rotor, generates a magnetic force by receiving current, and generates a magnetic force of the rotor 100 including the permanent magnet 120, So that torque can be transmitted to the traction motor as a whole.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(300)은 일반적으로 견인전동기의 상기 회전자의 외부를 감싼 프레임(400)의 양단에 결합되고, 차륜과 함께 회전되도록 결합되는 커플링(500)과의 조립을 위한 인터페이스 및 냉각 성능의 향상을 고려하여 견고하게 설계된다.5 to 6, the housing 300 generally includes a coupling 500 coupled to both ends of a frame 400 that surrounds the outside of the rotor of the traction motor and coupled to rotate with the wheel, And an improvement in the cooling performance.

상기 차축(10)을 견인전동기의 축으로 사용하는 직결구동방식은 견인전동기의 내구성 측면에서 문제가 야기될 수 있다. 따라서 상기 차축(10)이 상기 커플링(500)과 결합하여 레일에서 오는 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그러나 상기 커플링(500)의 재료를 주강품으로 사용한다면 전체 중량이 증가되는 문제점이 있다.The direct drive system using the axle 10 as the axis of the traction motor may cause problems in terms of durability of the traction motor. Accordingly, the axle 10 can be coupled with the coupling 500 to effectively reduce vibration from the rail. However, if the material of the coupling 500 is used as a cast steel, the total weight is increased.

따라서 본 발명에 의한 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 견인전동기는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 커플링(500)의 재료를 강철보다 강도는 10배 강하지만 무게는 4분의 1인 탄소섬유 재료를 사용한다.Accordingly, as shown in FIG. 6, the direct-coupled-drive traction motor including the coupling made of carbon fiber according to the present invention has a strength of 10 times stronger than that of steel but a weight of 1/4 Carbon fiber material is used.

이 경우 상기 커플링(500)에 가벼운 탄소섬유 재료를 사용되므로 종래에 주강품으로 사용되는 구성보다 상기 커플링(500)을 포함한 견인전동기 전체의 중량이 감소하여 상기 견인전동기의 가감속 성능의 향상 및 회전 응답 특성이 개선된다.In this case, since the lightweight carbon fiber material is used for the coupling 500, the overall weight of the traction motor including the coupling 500 is reduced more than the structure used conventionally as a cast steel, thereby improving acceleration / deceleration performance of the traction motor The rotational response characteristic is improved.

또한 일 실시예로서, 상기 커플링(500)을 열전도율이 높은 합성수지(Resin)을 도포한 후 가열이나 자외선조사 등 후처리하여 외곽을 덮으면 고속 회전 시에도 떨림이나 잦은 충격을 줄여 높은 내구성을 유지할 수 있고, 공기의 유동에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제시킬 수 있다.In one embodiment, the coupling 500 is coated with a resin having a high thermal conductivity, followed by post-treatment such as heating or ultraviolet ray irradiation, so that high durability can be maintained by reducing vibration and frequent shocks even when rotating at high speed And it is possible to prevent generation of spatial harmonics generated from the flow of air, thereby suppressing noise generation.

또한 누설 자속의 방지책으로 상기 합성수지에 자성체인 탄소분말을 포함하여 상기 커플링(500)에 도포함으로서 상기 영구자석(120)에서 나오는 자속 흐름이 유연해 질 수 있어 누설자속 방지효과를 가져 올 수 있다.In addition, carbon powder, which is a magnetic substance, is applied to the coupling 500 by the synthetic resin as a preventive measure against leaked magnetic flux, so that the flow of magnetic flux from the permanent magnet 120 can be made flexible, .

이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 대차의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the direct drive type bogies including the coupling made of the carbon fiber of the present invention described above are merely illustrative and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent It will be appreciated that other embodiments are possible. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 차축 100 : 회전자
110 : 로터코어 111 : 자석공
120 : 영구자석 200 : 고정자
300 : 하우징 400 : 프레임
500 : 커플링10: Axle 100: Rotor
110: rotor core 111: magnetic ball
120: permanent magnet 200: stator
300: housing 400: frame
500: Coupling

Claims (1)

대차에 고정되는 고정자(200)와 영구자석(120)을 포함하고 차축(10)과 결합되는 회전자(100)와 상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸는 프레임(400)과 상기 프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300)으로 구성된 직결구동방식 견인전동기;
상기 차축(10)과 결합되어 레일로부터 오는 진동을 감소시키고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 커플링(500);
차축 및 차륜을 포함하여 구성되는 전동차용 대차에 있어서,
상기 직결구동방식 견인전동기의 회전자는,
환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되며,
상기 로터코어(110)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성되며,
상기 영구자석은 로터코어(110)의 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(111)에 삽입되며,
상기 로터코어(110)의 중심부에 형성된 중공에 차축(10)이 결합되고;
상기 커플링(500)은,
고속 회전시의 떨림이나 잦은 충격에도 내구성이 유지되고, 공기의 유종에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제하기 위해 열전도율이 높은 합성수지(Resin)를 도포한 후 가열이나 자외선조사로 후처리하여 외곽을 덮으며,
상기 합성수지는, 상기 영구자석(120)의 누설 자속의 방지를 위해 자성체인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함하는 직결구동방식 전동차용 대차.A stator 200 fixed to a bogie and a permanent magnet 120 and coupled to the axle 10; a frame 400 surrounding the stator 200 and the rotor 100; (300) coupled at both ends of the driving motor (400);
(500) made of carbon fiber material so as to be combined with the axle (10) to reduce vibration from the rail and to reduce weight, reduce initialization, improve response characteristics, smooth flux path structure, ;
1. A railcar for a railway vehicle comprising an axle and wheels,
The rotor of the direct drive type traction motor includes:
A single rotor core (110) having an annular shape and a predetermined thickness is fixedly formed by being interlaced in order,
The rotor core 110 includes a magnet hole 111 through which a permanent magnet can be inserted,
The permanent magnet is inserted into the magnet hole 111 formed in the outer circumferential surface of the rotor core 110,
An axle 10 coupled to the hollow formed at the center of the rotor core 110;
The coupling (500)
Resistance to vibration and frequent shocks during high-speed rotation is maintained. In order to prevent generation of space harmonics generated from air species and to prevent noise generation, resin with high thermal conductivity is applied, followed by heat treatment or ultraviolet ray irradiation Covering the outer perimeter,
Wherein the synthetic resin comprises a carbon powder as a magnetic substance for preventing leakage flux of the permanent magnet (120).
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